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机械资讯 721期
台积电智慧制造导入经验分享

整理，摄影：许淑玲
台湾机械工业同业公会 专员
经济部与台中市政府在今(2017)年2月7日上午假台中林酒店举办「智慧∞机械推动办公室启动仪式」，会中同时邀请台积电IT技术系统整合处部经理游志源分享台积电智慧制造导入经验。以下是分享内容摘要整理。

● 台积电简介

台积电成立于1987年，今年适逢成立30周年。为470个客户提供专业积体电路制造服务，生产8,900种不同产品。
由于台积电创立专业分工合作商业模式使得全球半导体公司排名重新洗牌，在2015年跃升为全球第3大半导体供应商。
由台积电的法人说明会得知，台积电去(2016)年累计营收9,479.4亿元，税后纯益3,342.47亿元，创下新高，蝉联民营企业获利第1名，同时也是史上最佳获利。 打造三位一体的竞争优势：
先进技术：以研发带动技术领先，以超越摩尔定律的各项创新，创造差异化的竞争优势。
卓越制造：以卓越的制造技术，多样的制程选择，成为客户的最佳伙伴。台积电是产能领导者，可以达到快速量产、最佳的良率、最短的生产周期以及立即性与弹性。
客户伙伴关系：与客户携手共组最坚强的竞争团队，提供全面性解决方案，创造最大整体利益，以获得长期的客户关系与双赢。
游志源表示，台积电每年持续的高投资额以维持高度成长。专业积体电路制造服务领域，市占率与获皆为全球第一。晶圆代工厂员工对公司营收与获利贡献度比较(2015)，高居同业之冠。

● 打造全自动化的十二吋厂生产环境

台积电从2000年开始打造全自动化的十二吋厂生产环境，包括：
机台自动化(Equipment Automation)：自动连结制造执行系统与工程控制系统，执行最正确与优化的制程参数，维持产品高良率与高品质。
派工自动化(Dispatching Automation)：整合机台的即时状况与生产的优先顺序，更精准地安排产品在各机台的执行顺序，动态调配产能，以满足客户的急单需求。
搬运自动化(Transportation Automaion)：取代了人为搬运，缩短产品的生产时间，同时减少人为搬运的震动，降低影响品质的污染源。
游志源表示，台积电自八吋晶圆厂就开始导入机台自动化；自十二吋晶圆厂建置全自动化作业环境。全自动化必须要整合机台自动化、派工自动化及搬运自动化。也就是：机台自动化+派工自动化+搬运自动化=全自动化。
全自动化生产对十二吋晶圆厂带来的影响：带来的正面效益，首先表现在产能、机动性及准交率。在产能效益，一位作业员可处理高达80台机器，是八吋厂的25倍；在机动性方面，可处理客户紧急订单的能力提高10倍；在准交部分：准时达交率接近100%。
其次，是作业员不再穿无尘服，改为远端监控工厂实际运作情况。工厂自动化后，作业员不再长时间待在工厂里，而是集中在各厂战情中心。作业员的工作内容，从原本的取货下货等体力劳动，变成以生产线监控为主，并在机台有状况时进行例外排除。作业员与机台的人机比，也从原本的1：3跃升至1：80。
游志源表示，智慧制造协助台积电，在不增加机台的投资之下，以更少的人才，创造更多的产出。举台积电某一厂为例，在最近三年内，月产出增加60%，工程师的人数减少39%；同时，维持产品的高良率。

● 提升高度自动化的建议与案例

游志源问：「大家都可以买到同样的机台，如何做得品质更好，产出更多？」针对这个问题，他提出，提升高度自动化的建议与案例分享。
案例一：台积电提供成本更低、效能更好的InFo晶圆级封测技术来提升竞争力。
在竞争激烈的世界，「只有一次起跑机会，直接加速到一百」，台积电面临的挑战有：
挑战一：全新制程快速量产，急需经验
挑战二：高生产成本，急需降低
挑战三：良率瓶颈，急需突破
挑战四：零件贵松松，出包者可能全赔
游志源说，现行的封测(Assembly)的世界=“机海战术”+“人海战术”所以「必须要以“创新”来翻转这个世界」。
快速提升台积电后段封装厂的自动化能力：
人：操作自动化，效率提高，人力节省。
机：提升软体整合，产能快速开出，良率稳定，客户满意。
料：物料使用透明，系统控管，成本降低。
案例二：改善太阳能厂自动化搬运系统的稳定性以提升产出量与生产力。
游志源表示，自动化搬运系统的稳定性会严重影响产出，因此设定高运转目标，解决瓶颈问题。
根据半导体厂的经验，提高太阳能厂Stocker availability的目标到99.5%(Downtime per day：7.2分钟)。经过团队合作与分析，主要是配电盘跟减速机的问题。
改善对策：在配电盘问题方面，更换Crane主电盘的电源供应器，并由10安培放大到20安培，增加直流电源容量。减速机问题则是更换符合高规格的减速机与供应商。
得到的具体成果是：Stocker availability保持高于99.5%。
他建议，厂商不能只做硬体，要有分析机台运作瓶颈的能力，以提高机器运作的稳定度。同时要提升软体的整合能力，打造不停线的运转与系统升级。
案例三：改善LED厂的良率以提升LED发光效率并降低成本。
MOCVD机台的产出与良率，是LED竞争力的重要关键。
MOCVD是LED生产中最重要的制程，且占一个LED厂50%的投资。均匀的温度控制是决定LED亮度、电性、发色与良率的重要关键。
改善对策：
1.自制2D温度分布量测工具，精准掌握每一片的温度分布。
2.建立APC(Advanced Process Control)系统，透过回馈控制的机制，有效控制温度的均匀度。因而，成功的提升产品的良率20%。

● 迈向智慧型的制造工厂

案例四：高贵的整合方案并不适合台湾的中小企业。建议利用开源技术，整合硬体、软体与云端运算，达到自主开发，既快又省。
开源技术实例一：利用开源硬体自主开发、既快又省。
‧建立FabIoT：人/机产能大提升。
— 从人为中心到机/料/法/环的联系与行动。
— 到未来以IoT概念，由人/机/料/法/环主动侦测与行动。
以前没有IoT：不知货在哪？人在哪？人与货所处环境如何？现在有了IoT(Sensor, RFID, Bluetooth, etc.)：人、货、环境皆能掌握，可彼此即时沟通，人机货主动互动成为可能。
开源技术实例二：善用开源软体，建立核心能力。
‧建立共同开发平台、自动化引擎、发展标准化模组，让软体的开发可以再加速。
‧采用全开源技术，搭配自行建立的私有云，不仅让开发团队可以享用共通的平台，也建立高度安全的原始码控制机制。提升>50%的能力。
开源技术实例三：私有云、大数据、行动应用的开发
‧建立自主巨量资料分析的平台，采用开源技术，协助工程师从事大量的资料分析，加速开发。
‧建置x86-based的云端数据中心(Cloud Data Center)，以企业私有云来提升IT的成本效益，有效地支援所有商业活动。
游志源指出，许多国际大厂的解决方案，都是来自开源软体。经过与许多国际大厂合作的经验，当中很多的解决方案，都是这些厂商将开源软体加以整合，或者稍做包装，例如：加上管理使用者的图形化介面，新增管理报表等等，即可改造成昂贵的商用软体。
因此，建议无论是政府、研究机构、产业界、以致于整个学界，都应该携手合作，致力于软实力的提升。
迈向智慧型的制造工厂必须：
—结合物联网与大数据，藉由批次离线分析来排除产线问题。
—整合Domain knowledge来建模，即时监控并提前预测。
—用模型来控制生产参数。
—利用机器学习，全自动优化生产控制的参数，主动降低生产线的变因。
—自动影像辨识，打造优于人为的辨识能力。

● 结论

台积电从2000年开始，打造全自动化运作的十二吋晶圆厂，奠定了智慧制造的基石，同时更提升机器与人员的生产力与产品的良率。
工业4.0技术已然成熟，可以掌握技术将会带来重大的转变，世界各国无不积极发展下一代的工业技术，机器人、自动化控制、巨量资料分析、机器学习等将扮演关键成功要素。
增强机器的运作效率与能力，同时整合软体，才能提升产品的附加价值与竞争力。
因应台湾以中小企业为主的环境，建议对于开源技术应多加了解，将可开发出高价值的应用，也减少对于国外厂商的依赖。
奖励学生在校时期，参与产学合作计画来接触实际问题。整合教师与业师，提供互补的资源与专业知识。
整合不同领域的人才一起参与解决问题。培养专业人才也同时培养整合型(跨领域)的人才。
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